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1、浙江大學碩士學位論文磁浮列車緊急供電系統(tǒng)的工程化設計姓名：王璐申請學位級別：碩士專業(yè)：電力電子與電力傳動指導教師：徐德鴻20060501釜二童塹堡．一一第一章緒論磁浮列車是一種依靠電磁力實現(xiàn)支撐、導向和牽引功能的交通工具。和傳統(tǒng)的輪軌列車相比．由于磁浮列車運行時和線路之間沒有機械接觸，從而可以達到更高的速度(400km，ll一550km／}I)，且具有的安全、無污染、無噪聲、無振動、節(jié)能等優(yōu)點，越來越獲得人們的青睞。磁浮列車按照其懸浮機理可咀分為兩類：常導吸浮型和超導斥浮型。常導吸浮型是用一般導體線圈，以異性磁極相吸的原理實現(xiàn)懸浮
2、，以德國為主要代表，懸浮高度～般在10mm。超導斥浮型是用低溫超導線圈，以同性磁極相斥原理實現(xiàn)懸浮，以日本為主要代表，懸浮高度可達100mm以上。本文以常導吸浮型磁浮列車為研究背景。磁浮列車上用電設備的電能，是通過裝在列車支承(懸浮)磁鐵中的直線發(fā)電機和車載營電池提供的。當列車運行達到一定速度(約80krn／h)時，直線發(fā)電機產(chǎn)生的電能足夠?qū)λ熊囕d設備供電。當列車低于此速度運行時，靠預先充電的車載蓄電池供電，這樣當車載蓄電池的能量消耗完時，就會造成磁浮列車的停車。因此需要研究磁浮列車的緊急供電方案以保證磁浮列車低速時的正常運行。
3、1．1國內(nèi)外有關磁浮列車緊急供電方案的研究常用的解決列車低速或者故障停車時緊急供電問題的方法有以下幾種：一是用沿線路的供電軌給列車供電，保證列車能繼續(xù)正常運行．但是采用這種方法需要架設很長的供電軌，所需造價較大；二是當磁浮列車突然停車時，啟用?？吭谧罱＼圏c的備用充電車，但是備用充電車從停車點行駛到列車突然停車的地點所需時間較氏，如果在沿線配置多個備用充電車，則所需成本較大：三是啟用列車自帶備用電源，柴油發(fā)電機，燃料電池等，但是這些設備平時利用率很低，卻占用了磁浮列車寶貴的空間，井增加了額外載荷。德國專利[1】(專利號DE3237
4、373)提出了用于磁浮列車的無接觸充電裝置，如圖1．1所示。在該裝置中，懸浮線圈在地面上，充電用的感應線圈被安排在列車上和懸浮線圈相對應的位置。懸浮線圈通電后，產(chǎn)生的高次齒槽諧波磁場切割列車上放置的感應線圈而感應電壓，感應線圈輸出的電能通過一個功率變換器提供車上負載所需的電能。這種充電方案的感應線圈產(chǎn)生的電能與列車的運行速度有關，當列車運行速度較慢時，感應線圈輸出的電能不能滿足列車上用電設備的需要。第一章緒論固1一’磁浮列車的充電裝置(專利號DE3237373)德國專利[2】(專利號DE4126454)中，將高頻交流電流疊加在原同
5、步直線電機定子電流中，產(chǎn)生高頻行波磁場，高頻行波磁場切割列車上的勵磁線圈感應高頻電壓，通過濾波器從勵磁線圈中解耦得到的電能可用于車上的輔助設各和勵磁所需功率，如圖l-2所示。由于這種方案的勵磁線圈既要承擔列車的懸浮穩(wěn)定控制的功能又要完成發(fā)電功能，即同時要兼顧兩方面的要求，因此勵磁線圈設計十分困難。圈1．2磁浮列車的充電原理圖(專利號DE4126454)日本專利【3】(專利號JP58043104)提出了磁浮列車無接觸充電裝置，如圖1．3所示。在一個超導直線電動機車中，懸浮線圈放于地面，感應線圈放在車體之下或車體的一邊，超導線圈中流過
6、電流屙產(chǎn)生一個強磁場。列車運行時，在空間諧波的作用下在感應線圈中感應電壓，為了保持列車感應線圈上的感應電壓與列車運行速度無關，在感應線圈中加入抽頭開關，通過控制開關的通斷可使感應線圈上的輸出電壓在低迷時變高。但實際列車運行于低速時．利用開關切換的升壓效果不理想。2差二雯塹墮——圖’．3磁浮列車的無接齄充電裝置(專利號JP580431舛)1．2注入高次諧波的非接觸緊急供電方案以上專利中，除了日本專利【3】(專利號JP58043104)提出了一種方法來實現(xiàn)列車低速時使發(fā)電機輸出電壓變高外，其他專利并未涉及解決列車低速時車載發(fā)電機的發(fā)電
7、問題。而且日本專利【3瑤列車運行于低速時，利用開關切換的升壓效果不理想。專利[4】提出了一種解決列車低速或者故障停車情況下車輛應急供電的新方法。其原理如圖l-4所示。圈1-4注入高次諧波非接觸緊急供電原理閨當磁浮列車由于車載蓄電池的能量消耗完畢而造成故障停車后，開關S斷開，&合上，由主逆變器切換到輔助逆變器向列車所在區(qū)段的定子三相線圈供電，不同的定子區(qū)段由分段切換開關來切換。輔助逆變器產(chǎn)生一定頻率和幅值的三相高次電流o(qr)=√ilsin(qf)，∞∥=皿s-n(曠爭，‘(啪=厄sin(叫爭，其中厶為注入高次諧波電流3第一章緒論
8、的有效值，∞。=2石^為注入高次諧波電流的熊頻率，厶為注入高次諧波電流的頻率。高次諧波電流流過地面三相定子線圈，在氣隙中產(chǎn)生一個交變的商次行波磁場，其基波速度V^為h=2厶·t，其中t為地面長定子的極距n這個運動的磁場將切割列車上靜止的直線發(fā)電線圈
